寒武紀物種大爆發的解釋

05-15

進化論是我們現代科學的幾大基柱之一，而在生物學上，它又是我們對物種進化研究的最根本基礎，可以說，它已經相當深入人心了。

當然，進化論於如今已經不是一個簡單的學說，它本身就是一門在不斷整合新結構並不斷進化的科學。不過，萬變不離其宗，進化論的核心還是；生物是不斷地進化著的，進化的方式是，物競天擇適者生存。

隨著科技的發展，如今的各種新發現也在不斷地驗證著進化論的正確性。通過考古學家的研究，生物確實是不斷進化的，高等的生物由低等的生物進化而來，複雜的生物由簡單的生物進化而演變，一切新發現都在遵循著「物競天擇，適者生存」的基本規則而循序漸進、有條不紊地展開。

除了那特別礙眼的一部分；「寒武紀物種大爆發」。

這是令達爾文都感到疑惑的事實，他本人甚至認為；該發現將會被用作反對進化論的有力證據。

我們先來簡單了解一下寒武紀的物種大爆發；

經過考古學家對化石的研究發現，在距今約5.3億年前的一個被稱為寒武紀的地質歷史時期，地球上在僅長達2000多萬年時間內突然湧現出各種各樣的動物，它們不約而同地誕生、迅速發展。節肢、腕足、蠕形、脊索、魚類動物等一系列與現代動物形態基本相同的動物在地球上來了個「集體亮相」，這便形成了多種門類動物同時存在的繁榮景象。其中，中國雲南澄江生物群、加拿大基布爾吉斯生物群和凱里生物群所構成的世界三大頁岩型生物群，為寒武紀的地質歷史時期的生命大爆發提供了直接的證據。

這種現象是與普觀意義上的達爾文進化論所不同的。在達爾文的進化論中，生物的進化呈倒錐形；由自然選擇與遺傳變異而從少量的簡單生物緩慢地過渡到大量的複雜生物。但根據人們對寒武紀時期的地質研究發現；許多生物是延寒武紀就已經誕生的模樣而篩選至今的，應當是一個自下而上種類不斷縮減的正椎體。

寒武紀的物種爆發現象吸引了眾多的科學家來探討與尋找原因。經過一百多年的探究，研究者們將研究鎖定在了兩個方向上，一種是認為寒武紀的爆發實際是一種假象；由於進化是漸進的，所謂的「爆發」只是表明首次在生物化石記錄中發現了早在前寒武紀就已經廣泛存在並發展的生物，其它的生物化石群則可能由於地質記錄的不完全而「缺檔」，造成這種「缺檔」的原因是前寒武紀地層經歷著熱與壓力，其中的化石被銷毀了。由於人們發現前寒武紀化石沉積層中僅存在大量象細菌和藍藻這樣簡單的原核生物，這一解釋不再有說服力。

另一種觀點認為，寒武爆發是生物進化過程中的真實事件，科學家從物理環境和生態環境的變化兩個方面來解釋這一現象。1965年，兩位美國物理學家提出了寒武爆發是由於地球大氣的氧水平這個物理因素造成的。他們認為，在早期地球的大氣中含有很少或根本就沒有自由氧，氧是前寒武紀藻類植物光合作用的產物並逐漸積累形成的。後生動物需要大量的氧，一方面用於呼吸作用，另一方面，氧還以臭氧的形式在大氣中吸收大量有害的紫外線，使後生動物免於有害輻射的損傷。

事實上，經過現代技術的測定，大氣的氧濃度在寒武紀時期的確有過上升，不過上升期是從埃迪卡拉紀便開始的，且其升幅較20億年前便具有穩定氧濃度的成冰期並不高，全期濃度平均值為12%，而臭氧層則是於7億年前便已形成，況且，地球氧濃度確切增高的時期是在石炭紀，而該紀的生物的發展並沒那麼迅速，想反是比較平穩的，因而此說法雖具有一定可取性但可取性並不高，或者說，它並非是導致寒武紀大爆發的直接原因。

不過值得說明的是，成冰期的結束與成冰期前期的氧氣累積和後期的臭氧層的形成確實給以後的生物提供了發展空間。

還有的一種觀點也同樣默認，寒武紀的爆發是真實的事件，不過科學家的出發點是有性生殖的產生。

從化石資料上看，9億年前的真核藻類便已出現了有性生殖，而浮遊動物的有性生殖是在更是早已普遍存在。不過，可以說，有性生殖所提供的可變異性確實同樣給寒武紀的物種爆發提供了一些加速，但這也不應該是寒武爆發的主要原因。

同樣類似的還有收割者理論。在收割者理論中，高等的獵食者會給低等的被捕食者施壓以推動其進化，食植性的動物同樣會推動植物系統的演化，如此，整個生態系統會共同演化。不過這樣的收割是在整個進化中存在的，不存在特殊性，同以上兩個原因一樣都是副因。

儘管通過這些方式我們並未找到用以解釋寒武爆發的準確原因，但寒武紀的爆發在客觀上也給我們提供了一種模型；「生物的進化可以是漸進式的，也完全可以是先井噴而後依環境變化進行穩定篩選與進化的」。

但，促成寒武紀大爆發井噴的核心點到底是什麼呢？

通過對意識發展變化與神經網路的研究，我來提供一種解釋。

神經網路系統的集中。

首先，在寒武紀之前的很長一段時間內，地球是被藻類植物與浮遊動物統治著的。浮遊動物的產生並不奇怪。當初具感覺神經網路的被動捕食式海綿生物脫離了海底岩石表面便可很容易進化成原始的浮遊動物，而當浮遊動物在海洋內大量繁殖後便統治了地球。

事實發現，早在前寒武紀時期軟體動物的大量繁殖前，地球上數量目最多的動物就是這些浮遊動物，並且存在了很長一段時期。據已有的發現，水母型腔腸動物是於6.5億年前就已出現在地球上了（當然這一發現可能仍會被更新至更早）。它們的體內是具有神經網路的，可以對獵物進行感知，不過這種神經網路只限用於感知。

因為它們的神經網路是分散的，不具有中心結構，它們僅能進行被動的獵食不能進行主動的獵捕。

在經歷了漫長的演化中，一部分的原始腔腸水母發展了毒液以提高獵捕效率，另一部分被稱為浮浪幼蟲的水母型腔腸動物由於經常漂浮於海岸便將身體進化為了扁形，並且退化了觸手，這些浮浪幼蟲率先完成了神經網路的集中進化，成為了可自主進行運動的原始的渦蟲型腔腸動物。

這些浮浪幼蟲為什麼要集中神經網路？

外部原因；

1，扁型的軀體需要特定動作信號的配合運動，而不是單一地以局域性感知進行局域神經上的單級反射運動。

2，海浪的環境複雜，需要做出更協調穩定的程式化動作。

3，海岸附近的食物量豐富，但具有高效運動行為的個體能夠獲得更好的發展。

內部原因；

1，觸手退化後的神經被整合入了體內，增加了體內的神經數量。

2，這樣可以以更短、更細、更少的神經線路做出更簡潔而迅速的反應，且反應能耗會因此而降低。

神經網路集中後有什麼好處？

1，集中後的神經可以作為信息的中樞並在中樞區域進行神經信號的分享，從而用一個信號帶動更多的區域進行聯動反應（「特定信息共享」）。

2，集中的中樞可以不斷地整合進新的軀體感知與運動結構（讓新器官的整合成為可能）。

3，集中的中樞可以直接產生信號並給軀體下達運動的指令以「自主運動」。

由於具有了集中的神經中樞，這些渦蟲動物們便具有了進化出其他可控制器官的基礎，可以不再被動地等待食物的飄來，以協調性較高的自主性運動來尋找食物。

這些具有集中的神經網路的渦蟲在硬體上是較那些分散神經網路式的浮遊動物有絕對優勢的。

因為，分散的神經網路各自為中心，難以有統一結構也無法進行整體的調控。

一個具有分散的神經網路的浮遊動物，在有物體刺激到它之前一般不會進行主動運動。因為先天不具備中心性的神經網路無法由某單個區域發出神經信號並傳至其它特定區域，除非該生物進化出具體的通路結構。而即便它具有了某些特定的結構，它的結構也將因區域分布原因而難以複雜化，最多如現代的水母一樣僅具有簡單的圍口神經與觸手連接的主幹通路。由於沒有能夠進行統一的信息聯繫與處理的中心，當有物體對它進行刺激了，它將只能依刺激中心進行簡單的局部收縮或擴張類運動。無特定中心便無法發展信息多向且特定共享的結構，因而便無法與其它部位進行系統性的合作。當刺激結束，該單一性的運動也將在不久後停止。

而且，沒有中樞信息共享的神經結構，當一個新器官經突變產生後，該器官將無法被整合利用，更難以發展。比如渦蟲眼點與嗅點的突變，如果發生在一個水母身上，由於沒有中樞的神經處理系統，該眼點或嗅點發出的信號將只能沿周邊的感覺網路傳播，而這樣的器官，如果遇到光、食物信號的刺激，僅能引起水母身體部分區域的顫動，既浪費能量又無實際應用，因而對水母來說將是一個失敗毒瘤。

當動物體將體內的神經網路集中了便會具有不同的效果。

當一片神經網路在不破壞其拓撲結構（末梢依然與本體器官相連接，但整體的網進行了收縮、集中）的情況下被集中到了一起後，網路間便會有可能進行相互接觸，接觸的結果便是產生新的結構通路。這種情況如果出現在特定的動物身上，比如在某一浮浪幼蟲與渦蟲過渡的中間體身上，就會有可能變成兩條分別控制兩側翼進行運動的神經與其負責傳遞腔口部食物刺激部分的神經線路的因基因突變而融合到了一起，然後，當腔口遇到了食物刺激，兩側翼將會一同鼓動以推動軀體向前進一步地把食物吞食。這將使動物的捕食化被動為主動，且對該過渡體無疑是有利的。如此，當這樣的集中進一步發生，這種神經線路搭建的突變也會隨之進一步地產生，然後再經過數代的積累，便進化出了第一批的具有特定功能與結構的中樞大腦。

當最初的渦蟲型生物完成了神經的集中而進化出初具形態的大腦後會由被動捕食過渡到主動獵捕。隨著主動性的提高，它們所接觸的環境範圍會變大，所接觸的方式也會變多，便會受到更多的刺激。這些刺激將在一定程度上促進其基因的突變，在另一程度上也能夠對新突變而出的器官進行篩選，不過，最為主要的，其神經中樞的存在使得新器官的整合成為了可能。

對於這些已進化出集中中樞神經的腔腸動物，它們的突變會是無具體規則且低環境壓力的，只要有利於自身種群的發展，這些突變就會被保留與發展，因此由它們發展出的新群體將會複雜且多向，這也將促成由它們進化而出的軟體動物們如井噴一樣多元化發展。

當它們的發展沿S型曲線到達至環境容納量的頂端時，種群內、種群間的競爭與捕食便也會因此而開始。迫於大體型動物的壓力，小體型動物將會以更多的突變求得生存，然後經過突變的累積，這些動物們率先進化出了外骨骼盔甲以躲過大型軟體動物的蠶食，然後，它們的進一步發展便帶著新一輪的優勢將大量的軟體動物們取而代之。這些具有外骨骼的節肢動物們便同其之前的軟體動物們一樣地在面對了環境的低壓力、突變的多元化後呈井噴式發展。

由於盔甲的負重性等原因，這些外骨骼動物只能以爬行的方式在海底覓食，而面對著底層生存壓力的一部分軟體動物們便會因此選擇在大海的中上層活動，再加上一部分的群體進化出了內骨骼，使得體內肌肉在活動上具有了支點後游泳性大增，它們便於寒武紀後期率先進化為了原始的魚類，之後，它們再重回節肢動物們的原路而給其施壓、篩選，或者趕至陸地。

寒武紀物種大爆發的模型原因是絕對優勢的存在與發展，而其最根本的絕對優勢便是集中神經網路的誕生，當然，於其基因方面也應存在部分原因。

最初的浮遊動物們由於分散神經網路的原因而在漫長的時期中未得以進化，其基因可以說是求穩的發展，因此可突變性並不高。在具有集中神經網路的軟體動物們誕生後，軟體動物及其之後的各種類的寒武紀動物便在各種的進化刺激下打開了突變性，並且沿並不足夠定型與複雜的機體於統一時期同一起步點連續突變了數千萬年，這也是其基因彈性因絕對優勢打開的結果。

事實上，寒武紀過後的生物並未停止進化，只是由於地球環境的複雜性與絕對優勢的不在，生物們都普遍選擇了較為穩定的累積變化，其基因也都因而重回穩定，總體上看便是如達爾文進化論的研究一致的。

總歸來說，應是神經網路的集中賦予了寒武紀及前寒武紀的生物以絕對的優勢開啟並聯動了數種加速器（比如收割效應、後發先至、基因彈性突增、氧氣濃度因收割效應而增加等）共同作用後導致了寒武紀物種大爆發的現象。

還有就是，寒武紀大爆發的確切時期應該要比5.3億年前要早一些的。因為，在考古與地質學上，較為容易發現的化石是具有骨骼類的動物，而軟體類的動物如果要留下物種爆發的痕迹將是相對比較困難的，但不得不說的是，甲殼類的生物爆發正是延續軟體類動物爆發的結果。

也就是說，寒武紀爆發的時期應當提前一些。

——田御衡